风电轴承是风电机组的核心零部件,主要包括偏航轴承、变桨轴承、主轴轴承等大型重载轴承。由于轴承套圈滚道表面微观形貌之一的表面粗糙度与轴承性能参数,包括耐磨性、疲劳强度、接触刚度、振动和噪声等密切相关,从而影响整个风电机组的服役寿命和运行可靠性。而超声滚挤压加工技术作为一种新型的塑性成形技术,主要通过高频振动及工具头的滚挤压作用对工件表面进行精密加工,与传统机械加工工艺相比,能够大幅降低被加工表面粗糙度值,满足车削与磨削加工工序要求,提高工作效率。因此,本文通过理论分析、数值模拟及试验验证相结合的方法对风电轴承材料超声滚挤压加工表面粗糙度的形成机理进行了一系列研究。以风电轴承材料42Cr Mo为研究对象,基于运动学、接触力学及金属弹塑性变形理论,针对超声滚挤压加工过程特征,建立了超声工具头运动学模型,分析了工具头与工件表面接触区域的接触力学特性。并针对风电轴承套圈使用性能,确定了表面微观形貌评价指标。使用JMat Pro材料性能模拟软件与DEFORM有限元分析软件,建立了风电轴承材料42Cr Mo工件超声滚挤压加工数值模拟模型,在此基础上研究了工件转速、进给速度、振动幅值及静压力对加工后表面粗糙度的影响。结果表明:表面粗糙度随工件转速与工具头进给速度的升高而增大,当振幅和静压力较小时,随振幅与静压力的增加而减小,当振幅和静压力分别超过约13μm和350N时,粗糙度随振幅与静压力的继续增加而增大。使用BBD(Box-Benhnken Design)试验设计方法结合响应曲面法对模拟结果进行回归分析,建立各工艺参数与超声滚挤压加工后工件表面粗糙度间的数学关系,最终优化得出最佳工艺参数。结果表明:二次响应曲面能够很好地拟合超声滚挤压工艺参数与工件表面粗糙度间的数学关系,响应曲面公式预测结果与仿真结果误差值在2%以内。对于超声滚挤压加工工件表面粗糙度,各工艺参数显著程度依次为:工件转速、进给速度、静压力、超声振幅。最优工艺参数组合为工件转速305r/min、进给速度18mm/min、超声振幅13μm、静压力300N,获得表面粗糙度预测值为0.451μm。根据最优工艺参数,对预处理后风电轴承材料进行超声滚挤压加工试验,并对工件已加工材料表面粗糙度进行测量,将在此工艺参数下的响应曲面预测模型计算值与试验测量值进行对比分析。结果表明:超声滚挤压加工能够大幅降低表面粗糙度,预测值与试验值的最大误差为8.67%,具有良好的一致性。本文针对风电轴承材料对数值模拟的超声滚挤压加工过程进行研究,采用不同的工艺参数研究工件表面粗糙度变化规律,并通过试验验证了数值模拟的正确性。这些研究对该风电轴承材料超声滚挤压加工工艺的制定具有一定的指导意义。